基于Inventor的滑索支架有限元分析及優化

李晨陽，馬棟聯，康紅偉，張俊峰

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基于Inventor的滑索支架有限元分析及優化

李晨陽，馬棟聯，康紅偉，張俊峰

（黃河科技學院，河南 鄭州 450000）

支架是滑索的主要受力零件之一，在繩索拉力作用下，易產生應力集中。利用Inventor軟件對滑索支架進行建模、有限元分析等，旨在探討其應力分布，并尋求優化的結構設計。分析結果顯示，滑索支架在相同載荷條件下，隨著支桿結構位置變化，最大應力集中值改變。橫斜桿結構形態時，最大應力集中值只是橫桿滑索支架的30%。另外，左右立支架與斜支撐架間的角度的改變對于滑索支架的最大應力值有著明顯影響。綜上所述，在橫斜桿狀態下，橫斜桿在30°±1°之間時，應力集中值最小。

有限元分析；滑索支架；Inventor

滑索支架是山體觀光類固定支架，屬于游樂特種設備，要求具有較高的使用安全性能。采用Inventor有限元分析，改變滑索支架的相關結構和角度，得到受力分布的數據，對數據進行對比分析后，改進優化滑索支架，減小應力集中，提高安全系數。

現有滑索支架結構為門型，材料為普通結構鋼管，結構尺寸須符合國標《滑索安全技術要求（試行）》國質檢鍋（2002）120號[1]要求。

1 建模

為了建模方便，在建模時將滑索支架空心鋼管改為實心焊接結構。三種結構統一選擇立柱與斜支撐架呈30°，建滑索支架三維模型，先選取面，畫出橫梁和左立柱二維草圖，以橫梁中心線和左立柱中心線分別旋轉得三維左支撐架以及橫梁，再選取面，平面繞邊旋轉，建立交橫梁于60°、左立柱于30°的平面，畫出斜支撐結構二維草圖，以斜支撐中心線旋轉得三維斜支撐架，再選擇面，畫出地腳連接板二維草圖，拉伸得三維地腳連接板，最后建三維左導向機構底座。

滑索支架是軸對稱門型結構，選中左半部分實體，以滑索支架中心面為鏡像面，鏡像右半部分即可得滑索整體。三種結構除橫桿、斜桿、橫斜桿草圖及旋轉方式不同外，其他命令均相似[4]，得到三種不同結構分別為：橫桿滑索支架（圖1）、由橫桿改為斜桿的斜桿滑索支架（圖2）、圖1和圖2結合的橫斜桿滑索支架（圖3）。

圖1 橫桿滑索支架等效應力分布

圖2 斜桿滑索支架等效應力分布

圖3 橫斜桿滑索支架等效應力分布

2 定參數應力分析

三種模型的參數基本相同，包括材料、約束、施力、網格劃分一致。

材料：Q235-B[2]。

約束：滑索支架有四塊400×400×30的地腳連接板[3]，選擇其接地處固定約束。

施力：選擇在橫梁上兩邊呈一定角度的左右導向機構，施加適當壓力。

網絡格：選擇網絡格元素5，對整體進行粗范圍應力分析知應力集中范圍，再重新對集中范圍局部選擇網絡格小元素：0.5，再重新進行應力分析。

3 Inventor分析

分析結果如表1所示，可知，采用橫斜桿結構是滑索支架設計的首選。

表1 Inventor分析

4 斜支撐不同角度結構對支架受力的影響

4.1 建模與應力分析

通過改變三種結構中左右立支架與斜支撐架間的角度（＝10°、20°、30°、40°、50°、60°）如圖4所示，采用Inventor軟件進行建模與應力分析，在原先建模的基礎上通過平面繞邊旋轉的角度命令改變使相應進行改變。然后材料選擇Q235，左右兩個導向機構面進行施力，并對四個地腳連接板進行約束，對滑索支架整體進行網格劃分，Inventor軟件的自動模擬啟動，得到最大應力數據[5]，進行分析比較，整理可得圖5。

4.2 不同結構應力比較圖

如圖5所示，通過不同角度的結構應力分析，得出三種結構的最大應力集中值的曲線圖，分析如表2所示，故橫斜桿滑索支架較為適用。把橫斜桿滑索支架30°±1°與50°時最大集中值進行比較，則橫斜桿支撐架在30°±1°時，應力值最小，是滑索支架優化首選。

圖4 側面圖

圖5 最大應力集中值曲線圖

5 結論

由上述兩種方法比較，橫斜桿滑索支架左右立支撐架與斜支撐架為30°±1°之間時的最大應力值最為適用。

表2 最大應力集中值曲線圖分析

[1]國質檢鍋（2002）120號國家質檢總局，滑索安全技術要求（試行）[S]. 2002.

[2]GB 8408－2000，游藝機和游樂設施通用技術條件[S].

[3] GB/ 13676－92，客運架空索道設計規范[S].

[4]董希斌，王海飆，宋俊山. 滑索支架與基礎設計[J]. 森林工程，2003（3）：17-18.

[5]唐湘民. Autodesk Inventor 有限元分析和運動仿真詳解[M]. 北京：機械工業出版社，2009.

Finite Element Analysis and Optimization of the Skid Support Based on INVENTOR

LI Chenyang，MA Donglian，KANG Hongwei，ZHANG Junfeng

( Huanghe Science&Technology College, Zhengzhou 450000 , China )

the bracket is one of the main force parts of the slip rope, which can produce stress concentration under the action of rope. Using the Inventor software to model it, the finite element analysis is designed to explore its stress distribution and optimize the structure design. The analysis results show that the maximum stress concentration value of slip rope is changed under the same load condition with the position of the support rod. The maximum stress concentration is only 30% of the strut of rod slip. In addition, the change of Angle a between the left and right stand and the inclined support frame has obvious influence on the maximum stress value of the slip bracket. Given all this, in the condition of extremely stem, extremely rod between 30°+1°, minimum value of stress concentration.

finite element analysis；skid support；Inventor

TP302.7

A

10.3969/j.issn.1006-0316.2018.07.005

1006－0316 (2018) 07－0023－03

2017－09－29

黃河科技學院“創新創業教育示范課程”建設項目——機械創新設計綜合

李晨陽（1997－），女，河南洛陽人，本科，主要研究方向為機械設計制造及其自動化。